CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH GIẢM SÓNG XA BỜ VÀ CÔNG NGHỆ ĐÊ TRỤ RỖNG 1. Các dạng công trình giảm sóng xa bờ bảo vệ bờ biển 1. Công nghệ tiêu giảm sóng bảo vệ bờ biển trên thế giới Đê giảm sóng xa bờ bằng đá đổ là dạng thông dụng, truyền thống được áp dụng ở hầu hết các nước.
Khả năng cung cấp vật liệu là một cản trở khi ứng dụng kết cấu đê loại này. Giải pháp này không khả thi ở khu vực có khả năng cung cấp vật liệu đá thấp, hoặc khu vực công trình địa chất phức tạp. Do đó, nhiều dạng vật liệu, cấu kiện thay thế đã được đề xuất. Ngoài ra, nhằm tăng hiệu quả giảm sóng, phía trên đỉnh và mái đê thay vì các lớp đá có kích thước hạt lớn, các cấu kiện bê tông tiêu giảm sóng như Tetrapode, Aqua.
được đề xuất là các giải pháp thay thế đem lại hiệu quả cao. Cấu trúc Reefs ball (Quả bóng ngầm san hô/bầu san hô) Ưu điểm lớn nhất khi sử dụng “Rạn san hô nhân tạo”bảo vệ bờ biển là tính linh hoạt của giải pháp này. Giải pháp này không chỉ tăng cường bảo vệ bờ biển, mà còn rất phù hợp cho mục đích lợi dụng tổng hợp vùng bảo vệ ven biển (Ranasinghe và Turner, 2005) [37]. Hơn thế nữa, các rạn san hô nhân tạo này rất thân thiện với môi trường sinh thái khi cung cấp môi trường sống cho sinh vật đáy và thực vật biển và động vật.
Một số lượng lớn các nghiên cứu đã được thực hiện nhằm phân tích những lợi ích của việc sử dụng các rạn san hô nhân tạo như một giải pháp bảo vệ bờ biển. Một loại “rạn san hô nhân tạo” gần đây được sử dụng là quả bóng ngầm san hô- Reefballs Hình 1. Đây là một giải pháp bảo vệ bờ mang tính cách mạng. Reefballs ban đầu được thiết kế như các rạn san hô nhân tạo với mục tiêu sinh thái là chính nhưng sau một thời gian sử dụng giải pháp này đã được ứng dụng để: chống xói lở bờ biển, kết hợp đầm nuôi tôm, tái tạo rừng ngập mặn, và bảo vệ môi trường biển (Reef Bãi biển Công ty TNHH, 2007).
Precht (2006) [39] nhận định rằng "giải pháp reefballs ngày càng phổ biến trên thế giới vì đây là một giải pháp rất thân thiện với môi trường".1: Cấu kiện Reef ball sau khi đúc xong [2] Trong năm 2002, khoảng 200 bóng ngầm san hô đã được thi công để bảo vệ bờ biển Marriot thuộc quần đảo Cayman. Hệ thống công trình giảm sóng bao gồm 5 hàng Reef balls, rộng khoảng 7,6 m đến 9,1m. Theo thiết kế ban đầu của Tiến sĩ Harris (2003), chiều cao của bóng ngầm dao động trong khoảng 1,1^1,4 m, được đặt ở độ sâu 1,2-1,7 m, đỉnh của công trình chỉ dưới mực nước trung bình thấp nhất khoảng 0,1^0,54 m. Năm 2005, thêm 32 Reef ball đã được thi công ở phía nam của hệ thống chắn sóng.
Hàng san hô nhân tạo này đã được thiết kế ở phía trước phần nông nhất và rộng nhất của các rạn san hô tự nhiên. Chiều cao của rạn san hô tự nhiên trong khu vực đó là 0,3^0,6 m dưới mực nước biển. Công nghệ tiêu sóng có đục lỗ bề mặt Ý tưởng về đê khối hộp rỗng được Jarlan (Canada) đề xuất vào năm 1961 [38]. Từ năm 1969 ở Nhật Bản đã xây dựng một số công trình với kết cấu này.
Ngoài việc tiêu năng lượng sóng, kết cấu có lỗ rỗng còn được kết hợp làm nhà máy phát điện lợi dụng năng lượng sóng cho hiệu quả tốt.00 th«ng khÝ MWL +0.00 Bx Hx L 24,5 x 20x27 (m) Hình 1.2: Kết cấu đê tiêu sóng kết hợp làm nhà máy phát điện [1] Nhiều đê chắn sóng thuộc loại này sau đó đã được xây dựng trên toàn thế giới. Đê chắn sóng tường đục lỗ đầu tiên ở Nhật Bản được xây dựng tại cảng Takamatsu vào năm 1970 9.3: Kết cấu đê rỗng hình hộp có đục lỗ mặt tường ở cảng Takamatsu, Nhật Bản [1] Đê chắn sóng tại cảng Miyazaki ở đảo Kyushu được xây dựng từ nắm 1992 -1993 có tổng chiều dài 36m là kết cấu đê chắn sóng đầu tiên có dạng hình bán nguyệt đưa vào ứng dụng thi công trong thực tế với mục đích chống lại các đợt sóng do bão tác động vào cảng. Kết cấu ghép từ các tấm bê tông dự ứng lực trước, trên mặt có để lỗ có đường kính D=1,6m. Phía hướng biển bố trí tỉ lệ lỗ rỗng chiếm 25% diện tích bề mặt, phía hướng bờ bố trí lỗ rỗng chiếm 10%.
Toàn tuyến gồm 3 đơn nguyên ghép lại, mỗi đơn nguyên có các thông số chiều dài 12m, bán kính cung tròn R=9,8m, chiều dày thành 0,5m. 7 Ưu điểm: -Kết cấu có tác dụng tiêu sóng tốt, làm giảm chiều cao và năng lượng sóng sau đê -Tăng ổn định nhờ lực sóng tác dụng lên kết cấu dạng vòm bị phân tách một phần thành lực hướng xuống dưới đối trọng một phần với lực đẩy nối tác dụng lên kết cấu. -Kết cấu thi công lắp đặt nên tiến độ thi công nhanh, tính linh động cao, có khả năng tái sử dụng lại ỡ những vị trí khác. -Kết cấu có lỗ trên thân mang tính thân thiện hơn với môi trường, không làm cản trở môi trường sống của các loài động vật trong vùng bố trí bởi vì kết cấu cho phép sinh vật di chuyển xuyên qua cũng như cho phép sự trao đổi nước qua lại giữa thượng hạ lưu công trình.
Nhược điểm: -Độ cứng tổng thể của kết cấu giảm do có nhiều lỗ rỗng. -Kết cấu quá đồ sộ với kích thước lớn nên việc thi công lắp ghép cần có những thiết bị siêu trường siêu trọng chuyên dụng để thi công.4: Đê phá sóng tại Cảng Miyazaki, Nhật Bản [1] Viện Nghiên cứu Đường thuỷ Trung Quốc đã cải tiến loại kết cấu này trong công trình chỉnh trị cửa Trường Giang và đề xuất 2 dạng kết cấu mới là khối vòm trụ rỗng chứa 8 cát và thùng chìm hình bán nguyệt. Thông qua việc đổ cát vào khối vòm đã làm giảm chiều dày BTCT của vòm và đáy, tiết kiệm khối lượng bê tông, giảm giá thành. Đối với trường hợp công trình thi công tại vùng nước sâu, sóng to, nền yếu, yêu cầu tiến độ nhanh, Viện Nghiên cứu Đường thủy số 1 Trung Quốc đã đề xuất loại kết cấu thùng chìm hình bán nguyệt, gần như vòm chứa cát.
Nhưng có đáy mở rộng để xử lý nền phức tạp trong điều kiện địa chất yếu. MN cao nhÊt: +5.12 PhÝa Nam PhÝa B¾c R45-2 Mùc n- í c TB :+0.43 MN thÊp nhÊt :-1.07 §¸ 200-400kg §¸ 1-100kg §¸ 200-400kg m¶ng mÒm m¶ng bª t«ng 25.600 MN cùc trÞ: MNC TK : Lç b¬m c¸ t Thï ng ch×m b¸ n nguyÖt BTCT L=19,9m 600 PhÝa Nam PhÝa B¾c Mùc n- í c TK :+0.00 §¸ 200-400kg §¸ 1-100kg §¸ 200-400kg bª t«ng m¶ng mÒm Hình 1.5: Kết cấu khối vòm chứa cát [1] Sự thành công của đê chắn sóng hình bán nguyệt đã hoạt động đã thu hút được một số lợi ích từ ngành cảng và bến cảng ở châu Á, đặc biệt ở Trung Quốc. Vào năm 1997, một đê chắn sóng hình bán nguyệt (dạng sóng mặt trước) dài 527 m đã được xây dựng thành công để bảo vệ khu vực cảng biển Nam cảng Cảng Thiên Tân, Trung Quốc (xem Bảng 1. Sau năm 2000, một cửa sông hình bán nguyệt hình dài 18 km đã được hoàn thành cho các công trình giai đoạn đầu của Dự án Nâng cao Kênh Sông ngòi sông Dương Tử ở Thượng Hải, Trung Quốc.
Đây là cầu cảng cửa sông chính là một đê chắn sóng ngập nước ở mực nước cao. 9 Đê chắn sóng tại sông Dương Tử được xây dựng từ năm 1998 đến năm 2000 có tổng chiều dài 18km. Kết cấu bê tông dự ứng lực dạng vòm bán nguyệt có chiều dài 4.5m bán kính cong ngoài R=4m, bề dày thành d = 0,75m. Phía hướng biển bố trí tỉ lệ lỗ rỗng chiếm 11% diện tích bề mặt, phía hướng bờ không có lỗ.
Kết cấu thân đê bằng các đơn nguyên đúc sẵn có bố trí lỗ rỗng trên toàn bộ mặt cong, bản đáy rộng 22m dày 1,5m. Bán kính ngoài vòm bán nguyệt R=9,8m có thành dày 0,75m. Toàn bộ kết cấu đặt trên thảm mềm ống cát có gia cố thượng hạ lưu bằng đá thả rối với bề rộng thềm gia cố là 3m.6: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc [1] 1. Các Công nghệ cấu trúc đúc sẵn khác Ngoài cấu trúc Reef ball được chế tạo và ứng dụng cho các dự án bảo vệ bờ biển thì các nhà nghiên cứu đã đưa ra được các cấu kiện đúc sẵn để rút ngắn thời gian thi công công trình giảm sóng.7: Cấu kiện BeachPrism [2] Hình 1.8: Cấu kiện ghờ P.
Đê ngầm bằng vải địa kĩ thuật Không chỉ xây dựng đê ngầm bằng đá đổ, cấu kiện đúc sẵn,. mà hiện nay khi những nghiên cứu và ứng dụng vải địa kỹ thuật đã được thực hiện, những kè, mỏ hàn, đê bằng vải địa kỹ thuật đã được thi công ở rất nhiều nơi. Một số nước cũng đã dùng vải địa kỹ thuật để làm đê ngầm giảm sóng.9: Đê giảm sóng bằng vải địa kỹ thuật tại Italia [2] 1. Công nghệ tiêu giảm sóng bảo vệ bờ biển ở trong nước 1.
Kè bằng cây gỗ địa phương (dừa, tràm, bạch đàn…) Đây là giải pháp xử lý thường xuyên trước đây nhưng chỉ bảo vệ nhất thời đê biển không bị vở trước sóng to gió lớn, khoảng thời gian trên dưới 10 ngày sóng biển sẽ đánh tan tành.10: Kết cấu kè cây gỗ địa phương [13] 12 1. Kè rọ đá Kè rọ đá: có 02 giải pháp. + Rọ bằng cừ tràm đóng thành 02 hàng, rồi thả đá học bên trong. + Rọ bằng dây kẽm dùng để bao bọc đá học vào bên trong Hình 1.11: Mặt cắt ngang kè rọ đá [13] Cả 02 giải pháp này về ưu điểm đều tiêu hao năng lượng sóng biển và khắc phục sạt lở khá hiệu quả, về nhược điểm thì đây cũng là giải pháp tạm thời, đối với rọ bằng cừ tràm chỉ tồn tại được 01 năm nước mặn, mưa nắng và nhất là “hà biển” sẽ ăn mục cây tràm và gẫy ngang, đá rơi ra, kè bị phá vở.
Đối với rọ bằng dây kẽm thì sau thời gian 03 năm dây rọ đứt, đá rơi ra phải sửa chữa sắp xếp lại rất tốn kém gần như thi công mới. Nói chung các giải pháp kè vừa nêu trên đều không thể đáp ứng được yêu cầu khắc phục sạt lở trong thời gian dài. Kè chữ T Hình 1.